مثال طراحی موتورخانه استخر

مثال طراحی موتور خانه استخر
مثال1) : استخری در ابعاد 12.5 در 25 متر به صورت سر باز در شهر تهران قرار گرفته است. برای این استخر فضایی به ابعاد 15*7 متر موتورخانه در نظر گرفته شده است، فاصله موتورخانه تا استخر در شکل نشان داده شده است، اجزا و جانمایی این موتور خانه را در حالت سرباز و کار در فصول گرم بررسی نمایید. این استخر دارای یک جکوزی و یک سونای بخار در کنار حوضچه آب سرد و سونای خشک قرار دارد که در محاسبات بار ها آورده نشده اند و در انها به صورت جداگانه به آن ها رسیدگی شده است. همچنین بارهای حرارتی، ظرفیت بویلر و ابعاد آن، ظرفیت فیلترهای شنی، پمپ و سیستم سیرکولاسیون، محاسبات لوله کشی مورد نیاز برای این استخر محاسبه شود: آب استخر در دمای 26 درجه سانتی گراد می باشد. سرعت باد 3.5 mph یا 308 ft/min ،و رطوبت نسبی 60% است. استخر تنها در فصول گرم کار کند. برای استفاده از معادله اشری کلیه دماها را به کلوین تبدیل می کنیم: T1 = 26 �-�c یا 299 K Tair = 21 �-�c یا 294 k جواب1: ابتدا داده های ورودی مساله را وارد می کنیم، برای حالتی که استخر در فصل گرم کار کند دمای حداقل هوا را 21 درجه سانتی گراد در نظر می گیریم. Ti دمای آب ورودی 15 ˚c 59 ˚f دمای آب استخر Tf 26 ˚c 79 ˚f دمای هوا 21 ˚c 69 ˚f دمای آب دوش 40 ˚c 104 ˚f طول استخر 25 m 82 ft عرض استخر 12.5 m 41 ft ارتفاع پیش فرض 1.68 m 5.5 ft حجم استخر 525000 lit 138690 galon مدت زمان پیش راه اندازی 24 ساعت رطوبت نسبی 60% دبی فیلتراسیون 65625 lit/h 17336 gph نکته: دبی فیلتراسیون با تقسیم حجم استخر بر حسب گالن بر 8 ساعت گردش آب به دست می آید. محاسبه Q1 (افت حرارتی از سطح و آب جبرانی) افت حرارتی از سطح و آب جبرانی Q1 را از دو طریق بدست می آوریم ابتدا طبق دو فرمول ارائه شده توسط اشری : W=(95+0.425v )(pw- pa)/Y (1) W=(69+0.35v)(pw-pa)/Y (2) طبق فرمول اشری ما نیاز به دو فشار داریم که فشار اول را با داشتن دمای آب استخر از جدول اشباع می خوانیم (جدول 4). فشار بخار اشباع در جدول ترمودینامیکی برای دمای 26 درجه سانتی گراد با میان یابی برابر با 0.035 bar یا in.Hg 1.03355 می باشد. حال باید نقطه شبنم را بیابیم تا فشار را در نقطه شبنم را پیدا کنیم (شکل 6)، با دمای هوای 21 درجه سانتی گراد و رطوبت 60% وارد جدول سایکرومتریک شده نقطه شبنم 13 درجه سانتی گراد را می خوانیم. مشخصات فیزیکی آب اشباع Absolute
pressure Boiling point Specific volume (steam) Density (steam) Specific enthalpy of liquid water (sensible heat) Specific enthalpy of steam(total heat) Latent heat of vaporization Specific heat (bar) (oC) (m3/kg) (kg/m3) (kJ/kg) (kcal/kg) (kJ/kg) (kcal/kg) (kJ/kg) (kcal/kg) (kJ/kg.K) 0.02 17.51 67.006 0.015 73.45 17.54 2533.64 605.15 2460.19 587.61 1.8644 0.03 24.10 45.667 0.022 101.00 24.12 2545.64 608.02 2444.65 583.89 1.8694 0.04 28.98 34.802 0.029 121.41 29.00 2554.51 610.13 2433.10 581.14 1.8736 0.05 32.90 28.194 0.035 137.77 32.91 2561.59 611.83 2423.82 578.92 1.8774 0.06 36.18 23.741 0.042 151.50 36.19 2567.51 613.24 2416.01 577.05 1.8808 0.07 39.02 20.531 0.049 163.38 39.02 2572.62 614.46 2409.24 575.44 1.8840 0.08 41.53 18.105 0.055 173.87 41.53 2577.11 615.53 2403.25 574.01 1.8871 0.09 43.79 16.204 0.062 183.28 43.78 2581.14 616.49 2397.85 572.72 1.8899 0.1 45.83 14.675 0.068 191.84 45.82 2584.78 617.36 2392.94 571.54 1.8927 0.2 60.09 7.650 0.131 251.46 60.06 2609.86 623.35 2358.40 563.30 1.9156 0.3 69.13 5.229 0.191 289.31 69.10 2625.43 627.07 2336.13 557.97 1.9343 0.4 75.89 3.993 0.250 317.65 75.87 2636.88 629.81 2319.23 553.94 1.9506 0.5 81.35 3.240 0.309 340.57 81.34 2645.99 631.98 2305.42 550.64 1.9654 0.6 85.95 2.732 0.366 359.93 85.97 2653.57 633.79 2293.64 547.83 1.9790 با نقطه شبنم 13 درجه سانتی گراد، فشار بخار اشباع در نقطه شبنم 0.015 bar یا in.Hg 0.443 می باشد. طبق معادله 1 اشری: W= (95+0.425*308)(1.0335 - 0.443)= 133.4 Btu/h.ft2 اگر بخواهیم تبخیر را بر حسب lb/h.ft2 محاسبه کنیم با استفاده از جدول زیر گرمای نهان تبخیر را پیدا کرده W را بر آن تقسیم می کنیم. گرمای نهان در دماهای مختلف t (�-�c) latent heated (kj/kg) latent heated (btu/lb) 16 2,463 1,059 17 2,461 1,058 18 2,459 1,057 19 2,456 1,056 20 2,454 1,055 21 2,452 1,054 22 2,449 1,053 23 2,447 1,052 24 2,445 1,051 25 2,443 1,050 26 2,440 1,049 27 2,438 1,048 W=133.4 /1049= 0.12 lb/h.ft2 برای استفاده از معادله 2 اشری نیز بدین صورت عمل می کنیم: با دمای 26 درجه سانتی گراد مثل بالا فشار 0.035 bar یا 1.0335 in.Hg سپس بادمای هوای 21 درجه سانتی گراد و رطوبت نسبی60% وارد جدول سایکرومتریک شده نقطه شبنم 13 درجه را میابیم. در جدول (اشباع) فشار در نقطه شبنم (Pa) 0.015 bar یا 0.443 in.Hg خوانده می شود ، طبق معادله 2 اشری: W=(69+0.35v)(pw-pa) (69+0.35*308)(1.03555-0.443)= 104.7 Btu/H.ft2 و همانطور که ملاحظه کردید نسبت دو مقدار بدست آمده از اشری 104.7/133.4=78% می شود. حال با تقریب خوبی می توان از جدول زیر (همان جدول 1 فصل 2) جهت تلفات حرارتی از سطح استفاده کنیم. تلفات حرارتی از سطح استخر و هوای محیط 50 40 35 30 25 20 15 10 اختلاف دمای آب و هوای محیط F 525 420 368 315 263 210 158 105 Btu/h.ft2 از آنجایی که اختلاف دمای آب استخر و هوا 10 درجه فارنهایت است (در روش مشابه اما بسیار ساده تر) با توجه به جدول 1 از فصل 2، اتلاف حرارتی از سطح را 105 Btu/h.ft2 می خوانیم، این عدد را در مساحت استخر ft2 ضرب کرده تا Q1 به دست آید. 105 Btu/h.ft2*(12.5*25)*10.76ft2 =353,062 Btu/h 10.76 تبدیل واحد متر مربع به فوت مربع می باشد. Q1 Btu/h Kcal/h 353,062 89,000 برای محاسبه آب جبرانی همانطور که پیشتر ذکر شد به ازای هر 100 نفر 30,000 Kcal/h اتلاف داریم بنابراین باید تعداد نفرات در استخر را بدانیم، برای این منظور همانگونه که به ازای هر نفر 25 ft2 یا 2.32 متر مربع سطح مورد نیاز است بنابراین داریم: 134 = (12.5m*25 m)/(2.32 m2)= تعداد نفرات که این تعداد دو سوم نفرات حاضر در استخر است بنابراین کل تعداد برابر است با: 134*3/2= 201 نفرات 201*30,000/100= 60,300 kcal/h = تلفات آب جبرانی Qجبرانی Btu/h Kcal/h 239,000 60,300 Q1 tot= 353,062+239,000= 592,000 Btu/h Q1total= Q1+ Qآب جبرانی Btu/h Kcal/h 592,000 149,000 محاسبه Q2 (گرمای مورد نیاز برای راه اندازی استخر) گرمای مورد نیاز برای راه اندازی (Q2) با استفاده از فرمول زیر برای زمانی که مدت پیش راه اندازی 24 ساعت باشد مقدار Q2 قابل محاسبه است. اگر این زمان را 48 ساعت در نظر بگیریم این مقدار به 481,370 Btu/h تقلیل میابد و اگر 72 ساعت در نظر بگیریم Q3 ، 320,913 Btu/h می شود. Q2 Btu/h Kcal/h 962,739 242,000 محاسبه Q3 (گرمای مورد نیاز برای تامین بار استحمامی استخر) گرمای مورد نیاز برای تامین بار استحمامی استخر اگر هر نفر 50 لیتر آب برای دوش گرفتن نیاز داشته باشد گرمای لازم جهت استحمام: Q3=mc∆θ 134 = (12.5m*25 m)/(2.32 m2)= تعداد نفرات که این تعداد دو سوم نفرات حاضر در استخر است بنابراین کل تعداد برابر است با: 134*3/2= 201 کل نفرات باید در نظر داشت که میزان مصرف باید در ضریب تقاضا 0.5 ضرب گردد. و m همان ρvاست وkg/m3 ρ بنابراین: Q3=201*50* (40-15) * 0.5= 125,625 Kcal/h 201 تعداد شناگران می باشد. 50 لیتر مصرف آب هر شناگر در دوش ها است. 40 درجه حرارت مناسب آب گرم می باشد. 15 درجه حرارت ورودی آب شهر در فصول گرم است. 0.5 ضریب تقاضا می باشد. Q3 Btu/h Kcal/h 498,000 125,625 چون استخر سرباز است پس Q4 (بار گرمایشی سالن سرپوشیده) صفر است. مجموع بار های حرارتی: Qtot = Q1+ Q2+ Q3+ Q4 592,000+962,739+498,000+0=2,052,739 Btu/h Qمجموع Btu/h Kcal/h 2,052,739 513,000 اگر تعداد بویلر ها را 2 تا در نظر بگیریم و ظرفیت هر بویلر بنا بر دانایی این موضوع که راندمان بویلر های فایر تیوب شرکت پاکمن برابر با 85 الی 86 درصد می باشد، برابر می شود با: 2,052,739*0.75/0.85=1,811,240 Btu/h 2,052,739 کل حرارت اتلافی 0.75 ضریب بویلر های رزرو 0.85 راندمان بویلر های پاکمن ظرفیت هر بویلر Btu/h Kcal/h 1,811,240 452,810 برای این استخر 2 دستگاه دیگ آبگرم 500.000 کیلو کالری بر ساعت مدل PHWB-50 شرکت پاکمن نیاز است. زیرا بنا بر توضیحات داده شده در قسمت انتخاب بویلر، برای هر بویلر ظرفیتی بالغ بر 75 درصد کل بار حرارتی استخر را برآورد می کنیم تا بتوان یکی از بویلر ها را به صورت رزرو استفاده کرد. در ضمن در محاسبات راندمان هم در نظر گرفته شده است. حجم مخزن کویل دار حجم مخزن کویل دار به صورت زیر محاسبه می گردد: چون مصرف هر نفر را 50 لیتر فرض میکنیم و حاصل را در ضریب تقاضای 0.4 ضرب می کنیم و همچنین ضریب ذخیره منبع کویل دار معادل 1.2 ضرب می کنیم. 50lit*201*1.2*0.4= 4,824 lit 50 مصرف دوش هر شناگر در ساعت 201 تعداد شناگران 1.2 ضریب ذخیره منبع کویل دار 0.4 ضریب تقاضا حجم مخزن کویل دار litr Galon 4,824 1,275 برای این استخر 3 دستگاه منبع کویل دار نیاز است که ظرفیت هر کدام 1600 litr باید باشد، ولی با توجه به ابعاد موجود 3 مخزن 1500 لیتری با مشخصات زیر انتخاب می کنیم: مشخصات 3 منبع مویل دار برای این استخر مشخصات منبع مشخصات کویل دمای آب ورودی 15 ˚C دمای آب ورودی 70 ˚C دمای آب خروجی 40 ˚C دمای آب خروجی 60 ˚C حجم منبع 1500 lit دبی آب بویلر 35 gpm ظرفیت مبدل حرارتی استخر ظرفیت مبدل حرارتی مناسب برای این استخر با داده های زیر قابل محاسبه است: Q1 (kcal/h)= ṁboiler C∆θ 149,000*1= = ṁ *(70-60) ṁ=14,900 lit/h 65 gpm Q1 (kcal/h)= ṁpool*C∆θ 149,000= 65625l/h(Tout – 26.7) Tout = 29 این محاسبات با در نظر گرفتن برابری انتقال حرارت از بویلر به آب استخر و بالعکس است. Pool Heat Exchanger سیال سرد (آب استخر) سیال گرم (آب بویلر) 26.7 ˚C آب ورودی 70 ˚C آب ورودی 29 ˚C آب خروجی 60 ˚C آب خروجی 290 gpm دبی آب 65 gpm دبی آب 149000 Kcal/h ظرفیت حرارتی 149000 Kcal/h ظرفیت حرارتی فیلتر شنی مورد نیاز برای سیرکولاسیون آب این استخر، 3 فیلترشنی در نظر گرفته می شود و یکی از آن ها را به عنوان رزرو قرار می دهیم. همچنین برای سیرکولاسیون آب جکوزی نیز 1 فیلتر شنی در نظر می گیریم. این فیلتر معمولا کوچکترین ظرفیت فیلتر های ساختی توسط شرکت های سازنده می باشد. که در این قسمت به محاسبات آن نمیپردازیم. با توجه به دبی بدست آمده از محاسبات حجم استخر فیلتر شنی مناسب را بدست می آوریم: تعداد فیلتر شنی بهتر است زوج باشد و یک فیلتر به عنوان رزرو در نظر گرفته شود. 138690 گالن حجم استخر است که با در نظر گرفتن 6 ساعت برای فیلتراسیون، 23115 گالن در ساعت حجم سیرکولاسیون استخر مورد نظر است. ساعات فیلتراسیون /حجم استخر = حجم سیرکولاسیون استخر(گالن) 138690/6 = 23115 gph با تقسیم این عدد بر 60، مقدار دبی را بر حسب gpm بدست می آوریم که برابر با 386. 23115/60=368 gpm با در دست داشتن میزان دبی و دانایی به این موضوع که تعداد فیلتر ها 2 عدد می باشد، با تقسیم 386 بر 2 که عددی برابر با 193 gpm را به ما می دهد، به سراغ کاتالوگ فیلتر های شنی شرکت پاکمن رفته و با در نظر گرفتن سرعت فیلتراسیون 7gpm/ft2 ، میزان قطر فیلتر را بدست می آوریم که برابر است با PSF-70 386/2= 193 gpm PACKMAN SAND FILTER مدل قطر نازل ورودی خروجی ارتفاع (mm) ظرفیت بر اساس سرعت فیلتراسیون (GPM) وزن حمل سیلیس مورد نیاز دبی شستشو mm In H h h1 6 gpm/ft2 7 gpm/ft2 8 gpm/ft2 Kg Kg PSF-24 600 1 1/4" 1200 - 900 18 21 24 330 300 30 PSF-32 800 1 1/2" 1250 - 1000 33 38 43 440 400 53 PSF-40 1000 2" 1250 - 1000 60 70 80 650 1500 100 PSF-44 1100 2" 1250 1500 - 50 60 70 550 1300 83 PSF-50 1250 2 1/2" 1850 1500 - 80 90 110 800 2000 130 PSF-60 1500 3" 2300 1500 - 120 135 155 1000 3000 187 PSF-70 1750 4" 2300 1500 - 160 185 210 1200 4000 255 PSF-80 2000 4" 2300 1500 2000 210 245 280 1500 5300 332 PSF-90 2250 5" 2300 1500 2000 265 300 350 1750 6700 420 PSF-100 2500 5" 2300 1500 2000 325 380 435 2200 8300 520 PSF-110 2750 6" 2800 1500 2000 395 460 525 2300 10000 630 PSF-120 3000 6" 2800 1500 2000 470 550 625 2600 12000 750 پمپ سیرکولاسیون استخر برای انتخاب پمپ مورد نیاز برای این سستم باید در نظر داشت که بزرگترین طول لوله کشی را برای هر کدام از انواع پمپ ها بدست آورد: با دانستن متراژ لوله کشی به ازاء 50 متر لوله کشی برای فیلتر شماره 1 و 40 متر لوله کشی برای فیلتر شنی شماره 2، باید 50 متر را مبنا قرار داد و 1.5 برابر آن یعنی 75 متر را بدست آورد. حال این 75 متر را در 3 درصد افت فشار لوله کشی ضرب می کنیم و 2.5 متر افت را برآورد می کنیم و با دانستن این موضوع که افت فشار در فیلتر های شنی 15 متر است در مجموع 17.5 متر هد پمپ انتخابی می باشد. تعداد پمپ های مورد استفاده به ازای هر کدام از فیلتر ها 2 عدد است که یکی از آن ها رزرو می باشد. و یا می توان 2 پمپ را موازی بست و پمپ سوم را رزرو دو پمپ دیگر به صورت موازی آنها استفاده کرد. با در نظر گرفتن دبی 193gpm یا 43 m3/h برای این پمپ و 17.5 متر هد آن سراغ نمودار پمپ ساز مربوطه رفته و پمپ مورد نظر را انتخاب می کنیم. مدل پمپ 65-250 برای شرکت پمپ ایران را انتخاب می کنیم. دبی پمپ بویلر ظرفیت بویلر 1,275,370 Btu/h را تبدیل به Kcal/h کرده که می شود 321,388 ، تقسیم بر 2500 کرده. با همان هد 17.5 متر وارد کاتالوگ می شویم. 321,388/2500=128.5 gpm دبی پمپ بویلر 29 m3/h 128.5 gpm با دبی بالا و هد 17.5 متر وارد کاتالوگ شده، پمپ مدل32-250 را می خوانیم. محاسبات جکوزی حجم جکوزی بر اساس تعداد افرادی که از این جکوزی استفاده خواهند کرد، محاسبه می شود. تعداد افراد حاضر در جکوزی را 6 نفر فرض می کنیم و به ازای هر نفر 2 متر مربع مساحت در نظر می گیریم. پس داریم: 2*6=12 m2 12= Πr2 که در نتیجه شعاع جکوزی برابر با 2 متر بدست می آید. با تقسیم حجم جکوزی بر مدت زمان گردش کامل که حدود سی دقیقه است دبی فیلتراسیون را بدست می آوریم. شعاع جکوزی 2 متر است و ارتفاع آن 80 سانتی متر و لبه جلویی آن 40 سانتی متر می باشد. بنابراین داریم: Π*22*0.4+ Π*12*0.8 =7.5 m3 = حجم جکوزی حجم جکوزی 1982 Galon 7.5 m3 دبی تصفیه جکوزی Q=1982/30=66 (gpm) دبی تصفیه جکوزی 15 m3/h 66 gpm با در دست داشتن دبی تصفیه توان محاسبه ظرفیت فیلتر شنی و پمپ جکوزی وجود دارد. از روی این دبی فیلتر شنی با قطر 100 بدست می آید که مدل PSF-100 شرکت پاکمن است. برای محاسبه پمپ جکوزی، از آنجا که دبی پمپ تصفیه جکوزی بسیار پایین است باید از پمپ های خطی استفاده کرد. برای جکوزی بدست آوردن هد، مشابه فیلتر شنی است و با در نظر گرفتن 50 متر طول لوله کشی و استفاده از فیلتر شنی، 17.5 متر افت فشار بدست می آید. دبی پمپ جکوزی در یک جکوزی به ازای هر نفر 2 نازل جت جکوزی در نظر می گیرند و این جکوزی 6 نفره است بنابراین ما 12 خروجی نیاز داریم. از آنجایی که به ازاء هر کدام از جت ها دبی در حدود 15 gpm را انتخاب می کنیم و برای کلیه مسیر 10 متر هم افت فشار در نظر می گیرند و فشار مورد نیاز برای این جت ها در حدود 40 تا 50 متر در نظر گرفته می شود. دبی کل جت ها = 12*180=15gpm دبی پمپ جت جکوزی 40 m3/h 180 gpm با دبی 40 متر مکعب بر ساعت و هد 50 وارد کاتالوگ پمپ شده و مدل پمپ 50-200 را با دور 2900 می خوانیم. دیگهای آبگرم فیلترهای شنی ایستگاه پمپاژ منابع کویلدار دیگ بخار ایستاده مبدلهای حرارتی سختی گیر مسیر اتصالات و لوله کشی در شکل منظور نشده است.

مثال طراحی موتورخانه استخر

مطالب مشابه :

محاسبه موتورخانه استخر شنا